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摘要:“三段式”工程实践教学体系由工程认识、工程实践和工程综合组成。以生物医用支架为媒介,建立一个体现新材料、新技术和新工艺有机结合,生物医学工程、材料科学工程和机械制造工程交叉融合的教学载体,以期使工程训练的教学内容进一步的丰富、发展和延伸。
关键词:实践教学;工程训练;工程认识;医用支架
工程训练中心仍然是目前高等工程教育承担工程实践教学的主要载体和平台。从目前国内工程训练中心工程实践教学体系的建设情况看,一些发展水平较高的工程训练中心在培养学生工程素质方面,都普遍采用了循序渐进的教学模式,建立学生的工程概念,培养学生的工程意识,是最首要的教学环节。然而,在该教学环节中,教学效果是否明显,很大程度上取决于教学载体的选择。有的工程训练中心在该教学环节选择的载体特别宏观,使学生感到遥不可及,难以建立工程概念。有的工程训练中心在该教学环节选择的载体又特别常规具体,缺乏新颖性,不宜拓宽和扩展,无法激起学生的学习兴趣。
哈尔滨工程大学工程训练中心建立了由工程认识、工程实践和工程综合的“三段式”工程实践教学体系。在工程认识阶段,不断的丰富教学载体,有助于学生建立工程概念,培养学生的工程意识。本论文依托哈尔滨工程大学实验教学研究和改革立项,结合教师的自身科研优势,以生物医用支架为媒介,最终建立一个体现新材料、新技术和新工艺有机结合,生物医学工程、材料科学工程和机械制造工程交叉融合的教学载体,以期使工程认识的教学内容进一步的丰富、发展和延伸。
一、生物医用支架概念的建立
首先帮助学生建立生物医用支架的概念,从增强感性认识的角度出发,以生物医用镍钛记忆合金支架为例,介绍支架的分类。
生物医用镍钛记忆合金支架可以分为丝编织支架(如图1所示)和管切割支架(如图2所示),前者的原始坯料为镍钛记忆合金丝材,后者的原始坯料为镍钛记忆合金管材。生物医用镍钛记忆合金支架按其膨胀形式可以分为自膨胀型支架(如图3所示)和球囊扩张型支架(如图4所示)。
图1 丝编织支架图2 管切割支架
(a)支架在输送鞘管内(b)支架从输送鞘管内(c)支架从输送鞘管内
保持弹性压缩状态 部分输出膨胀完全输出膨胀
图3 自膨胀型支架
(a)压紧在球囊上未扩张的支架(b)已被球囊扩张的支架
图4 球囊扩张型支架
通过以上介绍,可以使学生对生物医用支架有了初步的了解,同时也使学生初步建立生物医用工程概念。
二、认识生物医用支架的设计与制造
生物医用支架的设计与制造是生物医用支架工程的重要环节,为了帮助学生了解这一过程,以镍钛记忆合金形状记忆效应自膨胀型管切割血管支架为例,介绍支架设计与制造的基本思想。
镍钛形状记忆合金形管切割支架可以选用大直径管坯,也可以选择小直径管坯。如果选择的大直径管坯能够满足支架的最终尺寸需要,则无需后续的扩径处理;如果选择的是小直径管坯,则需要后续不断进行扩径处理,直至满足支架的最终尺寸需要。图5为采用小直径镍钛形状记忆合金管坯制备支架及支架应用的基本路线。
图5 镍钛记忆合金血管支架设计与制造基本路线
三、建立生物医用支架数据库
通过查阅大量国内外最新文献,以图片和文字的形式建立生物医用支架数据库,图6～13为一些典型的生物医用支架及其应用实例。通过建立该数据库,拓宽学生的知识视野,激发学生的学习兴趣,培养学生的科研探究精神。
图6 镍钛合金丝编织 图7 高分子材料食道支架
气管支气管支架
图8 镍钛合金丝编织肠道支架
图9 连接成Y型结 图10 气管支气管支架 图11 食道支架植入
构的胆道支架 植入体内的X光照片体内的X光照片
图12 肠道支架植入体内的图13 胆道支架植入
X光照片体内的X光照片
四、结束语
限于篇幅,本文无法对生物医用支架的整个工程链进行面面俱到的介绍,只是提供了一种新的思路。工程训练作为工程实践教学的载体,必须随着时代的发展而发展。教师必须不断地进行科学研究,不断地进行知识创新,不断地丰富工程训练的内涵,工程训练实践教学才能保持盎然的生命力。
参考文献
[1]Kee Myung Lee, Sung Jae Shin, Jae Chul Hwang, et al. Management of acute m alignant colorectal obstruction with a novel self-expanding metallic stent as a bridge to surgery[J].European Journal of Radiology. Eur J Radiol 2009, doi:10.1016/j.ejrad.2008,12,004
[2]Matthieu De Beule, Peter Mortier,Stéphane G, et al. Realistic finite element-based stent design:The impact of balloon folding[J].Journal of Biomechanics,2008,41: 383～389
[3]Todd H. Baron, Lawrence J. Burgart, Nicole L. Pochron,et al. An internally covered (lined) self-expanding metal esophageal stent: tissue response in a porcine model[J].Gastrointestinal Endoscopy,2006,64(2): 263～267
[4]Alessandro Repici, Giacomo Rando. Expandable Stents for M alignant Dysphagia [J]. Techniques in Gastrointestinal Endoscopy,2008,10:175～183
[5]R.-M. Yang, X.-W. Han, G. Wu, et al. Implantation of a self-expandable metallic inverted Y-stent to treat tracheobronchial stenosis in the carinal region: initial clinical experience[J].Clinical Radiology,2007, 62:1223～1228
[6]Jan Tack, Anne-Marie Gevers, Paul Rutgeerts. Self-expandable metallic stents in the palliation of rectosigmoidal carcinoma: a follow-up study [J]. Gastrointestinal Endoscopy,1998,48(3):267～271
关键词:实践教学;工程训练;工程认识;医用支架
工程训练中心仍然是目前高等工程教育承担工程实践教学的主要载体和平台。从目前国内工程训练中心工程实践教学体系的建设情况看,一些发展水平较高的工程训练中心在培养学生工程素质方面,都普遍采用了循序渐进的教学模式,建立学生的工程概念,培养学生的工程意识,是最首要的教学环节。然而,在该教学环节中,教学效果是否明显,很大程度上取决于教学载体的选择。有的工程训练中心在该教学环节选择的载体特别宏观,使学生感到遥不可及,难以建立工程概念。有的工程训练中心在该教学环节选择的载体又特别常规具体,缺乏新颖性,不宜拓宽和扩展,无法激起学生的学习兴趣。
哈尔滨工程大学工程训练中心建立了由工程认识、工程实践和工程综合的“三段式”工程实践教学体系。在工程认识阶段,不断的丰富教学载体,有助于学生建立工程概念,培养学生的工程意识。本论文依托哈尔滨工程大学实验教学研究和改革立项,结合教师的自身科研优势,以生物医用支架为媒介,最终建立一个体现新材料、新技术和新工艺有机结合,生物医学工程、材料科学工程和机械制造工程交叉融合的教学载体,以期使工程认识的教学内容进一步的丰富、发展和延伸。
一、生物医用支架概念的建立
首先帮助学生建立生物医用支架的概念,从增强感性认识的角度出发,以生物医用镍钛记忆合金支架为例,介绍支架的分类。
生物医用镍钛记忆合金支架可以分为丝编织支架(如图1所示)和管切割支架(如图2所示),前者的原始坯料为镍钛记忆合金丝材,后者的原始坯料为镍钛记忆合金管材。生物医用镍钛记忆合金支架按其膨胀形式可以分为自膨胀型支架(如图3所示)和球囊扩张型支架(如图4所示)。
图1 丝编织支架图2 管切割支架
(a)支架在输送鞘管内(b)支架从输送鞘管内(c)支架从输送鞘管内
保持弹性压缩状态 部分输出膨胀完全输出膨胀
图3 自膨胀型支架
(a)压紧在球囊上未扩张的支架(b)已被球囊扩张的支架
图4 球囊扩张型支架
通过以上介绍,可以使学生对生物医用支架有了初步的了解,同时也使学生初步建立生物医用工程概念。
二、认识生物医用支架的设计与制造
生物医用支架的设计与制造是生物医用支架工程的重要环节,为了帮助学生了解这一过程,以镍钛记忆合金形状记忆效应自膨胀型管切割血管支架为例,介绍支架设计与制造的基本思想。
镍钛形状记忆合金形管切割支架可以选用大直径管坯,也可以选择小直径管坯。如果选择的大直径管坯能够满足支架的最终尺寸需要,则无需后续的扩径处理;如果选择的是小直径管坯,则需要后续不断进行扩径处理,直至满足支架的最终尺寸需要。图5为采用小直径镍钛形状记忆合金管坯制备支架及支架应用的基本路线。
图5 镍钛记忆合金血管支架设计与制造基本路线
三、建立生物医用支架数据库
通过查阅大量国内外最新文献,以图片和文字的形式建立生物医用支架数据库,图6～13为一些典型的生物医用支架及其应用实例。通过建立该数据库,拓宽学生的知识视野,激发学生的学习兴趣,培养学生的科研探究精神。
图6 镍钛合金丝编织 图7 高分子材料食道支架
气管支气管支架
图8 镍钛合金丝编织肠道支架
图9 连接成Y型结 图10 气管支气管支架 图11 食道支架植入
构的胆道支架 植入体内的X光照片体内的X光照片
图12 肠道支架植入体内的图13 胆道支架植入
X光照片体内的X光照片
四、结束语
限于篇幅,本文无法对生物医用支架的整个工程链进行面面俱到的介绍,只是提供了一种新的思路。工程训练作为工程实践教学的载体,必须随着时代的发展而发展。教师必须不断地进行科学研究,不断地进行知识创新,不断地丰富工程训练的内涵,工程训练实践教学才能保持盎然的生命力。
参考文献
[1]Kee Myung Lee, Sung Jae Shin, Jae Chul Hwang, et al. Management of acute m alignant colorectal obstruction with a novel self-expanding metallic stent as a bridge to surgery[J].European Journal of Radiology. Eur J Radiol 2009, doi:10.1016/j.ejrad.2008,12,004
[2]Matthieu De Beule, Peter Mortier,Stéphane G, et al. Realistic finite element-based stent design:The impact of balloon folding[J].Journal of Biomechanics,2008,41: 383～389
[3]Todd H. Baron, Lawrence J. Burgart, Nicole L. Pochron,et al. An internally covered (lined) self-expanding metal esophageal stent: tissue response in a porcine model[J].Gastrointestinal Endoscopy,2006,64(2): 263～267
[4]Alessandro Repici, Giacomo Rando. Expandable Stents for M alignant Dysphagia [J]. Techniques in Gastrointestinal Endoscopy,2008,10:175～183
[5]R.-M. Yang, X.-W. Han, G. Wu, et al. Implantation of a self-expandable metallic inverted Y-stent to treat tracheobronchial stenosis in the carinal region: initial clinical experience[J].Clinical Radiology,2007, 62:1223～1228
[6]Jan Tack, Anne-Marie Gevers, Paul Rutgeerts. Self-expandable metallic stents in the palliation of rectosigmoidal carcinoma: a follow-up study [J]. Gastrointestinal Endoscopy,1998,48(3):267～271